lib/CodeGen/PHIElimination.cpp

   1 //===-- PhiElimination.cpp - Eliminate PHI nodes by inserting copies ------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This pass eliminates machine instruction PHI nodes by inserting copy
  11 // instructions.  This destroys SSA information, but is the desired input for
  12 // some register allocators.
  13 //
  14 //===----------------------------------------------------------------------===//
  15
  16 #define DEBUG_TYPE "phielim"
  17 #include "llvm/CodeGen/LiveVariables.h"
  18 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
  19 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
  20 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
  21 #include "llvm/CodeGen/SSARegMap.h"
  22 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
  23 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
  24 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
  25 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  26 #include "llvm/Support/Compiler.h"
  27 #include <set>
  28 #include <algorithm>
  29 using namespace llvm;
  30
  31 STATISTIC(NumAtomic, "Number of atomic phis lowered");
  32 //STATISTIC(NumSimple, "Number of simple phis lowered");
  33
  34 namespace {
  35   struct VISIBILITY_HIDDEN PNE : public MachineFunctionPass {
  36     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
  37     PNE() : MachineFunctionPass((intptr_t)&ID) {}
  38
  39     bool runOnMachineFunction(MachineFunction &Fn) {
  40       analyzePHINodes(Fn);
  41
  42       bool Changed = false;
  43
  44       // Eliminate PHI instructions by inserting copies into predecessor blocks.
  45       for (MachineFunction::iterator I = Fn.begin(), E = Fn.end(); I != E; ++I)
  46         Changed |= EliminatePHINodes(Fn, *I);
  47
  48       VRegPHIUseCount.clear();
  49       return Changed;
  50     }
  51
  52     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
  53       AU.addPreserved<LiveVariables>();
  54       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
  55     }
  56
  57   private:
  58     /// EliminatePHINodes - Eliminate phi nodes by inserting copy instructions
  59     /// in predecessor basic blocks.
  60     ///
  61     bool EliminatePHINodes(MachineFunction &MF, MachineBasicBlock &MBB);
  62     void LowerAtomicPHINode(MachineBasicBlock &MBB,
  63                             MachineBasicBlock::iterator AfterPHIsIt);
  64
  65     /// analyzePHINodes - Gather information about the PHI nodes in
  66     /// here. In particular, we want to map the number of uses of a virtual
  67     /// register which is used in a PHI node. We map that to the BB the
  68     /// vreg is coming from. This is used later to determine when the vreg
  69     /// is killed in the BB.
  70     ///
  71     void analyzePHINodes(const MachineFunction& Fn);
  72
  73     typedef std::pair<const MachineBasicBlock*, unsigned> BBVRegPair;
  74     typedef std::map<BBVRegPair, unsigned> VRegPHIUse;
  75
  76     VRegPHIUse VRegPHIUseCount;
  77   };
  78
  79   char PNE::ID = 0;
  80   RegisterPass<PNE> X("phi-node-elimination",
  81                       "Eliminate PHI nodes for register allocation");
  82 }
  83
  84 const PassInfo *llvm::PHIEliminationID = X.getPassInfo();
  85
  86 /// EliminatePHINodes - Eliminate phi nodes by inserting copy instructions in
  87 /// predecessor basic blocks.
  88 ///
  89 bool PNE::EliminatePHINodes(MachineFunction &MF, MachineBasicBlock &MBB) {
  90   if (MBB.empty() || MBB.front().getOpcode() != TargetInstrInfo::PHI)
  91     return false;   // Quick exit for basic blocks without PHIs.
  92
  93   // Get an iterator to the first instruction after the last PHI node (this may
  94   // also be the end of the basic block).
  95   MachineBasicBlock::iterator AfterPHIsIt = MBB.begin();
  96   while (AfterPHIsIt != MBB.end() &&
  97          AfterPHIsIt->getOpcode() == TargetInstrInfo::PHI)
  98     ++AfterPHIsIt;    // Skip over all of the PHI nodes...
  99
 100   while (MBB.front().getOpcode() == TargetInstrInfo::PHI)
 101     LowerAtomicPHINode(MBB, AfterPHIsIt);
 102
 103   return true;
 104 }
 105
 106 /// InstructionUsesRegister - Return true if the specified machine instr has a
 107 /// use of the specified register.
 108 static bool InstructionUsesRegister(MachineInstr *MI, unsigned SrcReg) {
 109   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i)
 110     if (MI->getOperand(i).isRegister() &&
 111         MI->getOperand(i).getReg() == SrcReg &&
 112         MI->getOperand(i).isUse())
 113       return true;
 114   return false;
 115 }
 116
 117 /// LowerAtomicPHINode - Lower the PHI node at the top of the specified block,
 118 /// under the assuption that it needs to be lowered in a way that supports
 119 /// atomic execution of PHIs.  This lowering method is always correct all of the
 120 /// time.
 121 void PNE::LowerAtomicPHINode(MachineBasicBlock &MBB,
 122                              MachineBasicBlock::iterator AfterPHIsIt) {
 123   // Unlink the PHI node from the basic block, but don't delete the PHI yet.
 124   MachineInstr *MPhi = MBB.remove(MBB.begin());
 125
 126   unsigned DestReg = MPhi->getOperand(0).getReg();
 127
 128   // Create a new register for the incoming PHI arguments.
 129   MachineFunction &MF = *MBB.getParent();
 130   const TargetRegisterClass *RC = MF.getSSARegMap()->getRegClass(DestReg);
 131   unsigned IncomingReg = MF.getSSARegMap()->createVirtualRegister(RC);
 132
 133   // Insert a register to register copy in the top of the current block (but
 134   // after any remaining phi nodes) which copies the new incoming register
 135   // into the phi node destination.
 136   //
 137   const MRegisterInfo *RegInfo = MF.getTarget().getRegisterInfo();
 138   RegInfo->copyRegToReg(MBB, AfterPHIsIt, DestReg, IncomingReg, RC, RC);
 139
 140   // Update live variable information if there is any...
 141   LiveVariables *LV = getAnalysisToUpdate<LiveVariables>();
 142   if (LV) {
 143     MachineInstr *PHICopy = prior(AfterPHIsIt);
 144
 145     // Increment use count of the newly created virtual register.
 146     LV->getVarInfo(IncomingReg).NumUses++;
 147
 148     // Add information to LiveVariables to know that the incoming value is
 149     // killed.  Note that because the value is defined in several places (once
 150     // each for each incoming block), the "def" block and instruction fields
 151     // for the VarInfo is not filled in.
 152     //
 153     LV->addVirtualRegisterKilled(IncomingReg, PHICopy);
 154
 155     // Since we are going to be deleting the PHI node, if it is the last use
 156     // of any registers, or if the value itself is dead, we need to move this
 157     // information over to the new copy we just inserted.
 158     //
 159     LV->removeVirtualRegistersKilled(MPhi);
 160
 161     // If the result is dead, update LV.
 162     if (LV->RegisterDefIsDead(MPhi, DestReg)) {
 163       LV->addVirtualRegisterDead(DestReg, PHICopy);
 164       LV->removeVirtualRegistersDead(MPhi);
 165     }
 166
 167     // Realize that the destination register is defined by the PHI copy now, not
 168     // the PHI itself.
 169     LV->getVarInfo(DestReg).DefInst = PHICopy;
 170
 171     LV->getVarInfo(IncomingReg).UsedBlocks[MBB.getNumber()] = true;
 172   }
 173
 174   // Adjust the VRegPHIUseCount map to account for the removal of this PHI
 175   // node.
 176   for (unsigned i = 1; i != MPhi->getNumOperands(); i += 2)
 177     --VRegPHIUseCount[BBVRegPair(
 178                         MPhi->getOperand(i + 1).getMachineBasicBlock(),
 179                         MPhi->getOperand(i).getReg())];
 180
 181   // Now loop over all of the incoming arguments, changing them to copy into
 182   // the IncomingReg register in the corresponding predecessor basic block.
 183   //
 184   std::set<MachineBasicBlock*> MBBsInsertedInto;
 185   for (int i = MPhi->getNumOperands() - 1; i >= 2; i-=2) {
 186     unsigned SrcReg = MPhi->getOperand(i-1).getReg();
 187     assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(SrcReg) &&
 188            "Machine PHI Operands must all be virtual registers!");
 189
 190     // Get the MachineBasicBlock equivalent of the BasicBlock that is the
 191     // source path the PHI.
 192     MachineBasicBlock &opBlock = *MPhi->getOperand(i).getMachineBasicBlock();
 193
 194     // Check to make sure we haven't already emitted the copy for this block.
 195     // This can happen because PHI nodes may have multiple entries for the
 196     // same basic block.
 197     if (!MBBsInsertedInto.insert(&opBlock).second)
 198       continue;  // If the copy has already been emitted, we're done.
 199
 200     // Get an iterator pointing to the first terminator in the block (or end()).
 201     // This is the point where we can insert a copy if we'd like to.
 202     MachineBasicBlock::iterator I = opBlock.getFirstTerminator();
 203
 204     // Insert the copy.
 205     RegInfo->copyRegToReg(opBlock, I, IncomingReg, SrcReg, RC, RC);
 206
 207     // Now update live variable information if we have it.  Otherwise we're done
 208     if (!LV) continue;
 209
 210     // We want to be able to insert a kill of the register if this PHI
 211     // (aka, the copy we just inserted) is the last use of the source
 212     // value.  Live variable analysis conservatively handles this by
 213     // saying that the value is live until the end of the block the PHI
 214     // entry lives in.  If the value really is dead at the PHI copy, there
 215     // will be no successor blocks which have the value live-in.
 216     //
 217     // Check to see if the copy is the last use, and if so, update the
 218     // live variables information so that it knows the copy source
 219     // instruction kills the incoming value.
 220     //
 221     LiveVariables::VarInfo &InRegVI = LV->getVarInfo(SrcReg);
 222     InRegVI.UsedBlocks[opBlock.getNumber()] = true;
 223
 224     // Loop over all of the successors of the basic block, checking to see
 225     // if the value is either live in the block, or if it is killed in the
 226     // block.  Also check to see if this register is in use by another PHI
 227     // node which has not yet been eliminated.  If so, it will be killed
 228     // at an appropriate point later.
 229     //
 230
 231     // Is it used by any PHI instructions in this block?
 232     bool ValueIsLive = VRegPHIUseCount[BBVRegPair(&opBlock, SrcReg)] != 0;
 233
 234     std::vector<MachineBasicBlock*> OpSuccBlocks;
 235
 236     // Otherwise, scan successors, including the BB the PHI node lives in.
 237     for (MachineBasicBlock::succ_iterator SI = opBlock.succ_begin(),
 238            E = opBlock.succ_end(); SI != E && !ValueIsLive; ++SI) {
 239       MachineBasicBlock *SuccMBB = *SI;
 240
 241       // Is it alive in this successor?
 242       unsigned SuccIdx = SuccMBB->getNumber();
 243       if (SuccIdx < InRegVI.AliveBlocks.size() &&
 244           InRegVI.AliveBlocks[SuccIdx]) {
 245         ValueIsLive = true;
 246         break;
 247       }
 248
 249       OpSuccBlocks.push_back(SuccMBB);
 250     }
 251
 252     // Check to see if this value is live because there is a use in a successor
 253     // that kills it.
 254     if (!ValueIsLive) {
 255       switch (OpSuccBlocks.size()) {
 256       case 1: {
 257         MachineBasicBlock *MBB = OpSuccBlocks[0];
 258         for (unsigned i = 0, e = InRegVI.Kills.size(); i != e; ++i)
 259           if (InRegVI.Kills[i]->getParent() == MBB) {
 260             ValueIsLive = true;
 261             break;
 262           }
 263         break;
 264       }
 265       case 2: {
 266         MachineBasicBlock *MBB1 = OpSuccBlocks[0], *MBB2 = OpSuccBlocks[1];
 267         for (unsigned i = 0, e = InRegVI.Kills.size(); i != e; ++i)
 268           if (InRegVI.Kills[i]->getParent() == MBB1 ||
 269               InRegVI.Kills[i]->getParent() == MBB2) {
 270             ValueIsLive = true;
 271             break;
 272           }
 273         break;
 274       }
 275       default:
 276         std::sort(OpSuccBlocks.begin(), OpSuccBlocks.end());
 277         for (unsigned i = 0, e = InRegVI.Kills.size(); i != e; ++i)
 278           if (std::binary_search(OpSuccBlocks.begin(), OpSuccBlocks.end(),
 279                                  InRegVI.Kills[i]->getParent())) {
 280             ValueIsLive = true;
 281             break;
 282           }
 283       }
 284     }
 285
 286     // Okay, if we now know that the value is not live out of the block,
 287     // we can add a kill marker in this block saying that it kills the incoming
 288     // value!
 289     if (!ValueIsLive) {
 290       // In our final twist, we have to decide which instruction kills the
 291       // register.  In most cases this is the copy, however, the first
 292       // terminator instruction at the end of the block may also use the value.
 293       // In this case, we should mark *it* as being the killing block, not the
 294       // copy.
 295       bool FirstTerminatorUsesValue = false;
 296       if (I != opBlock.end()) {
 297         FirstTerminatorUsesValue = InstructionUsesRegister(I, SrcReg);
 298
 299         // Check that no other terminators use values.
 300 #ifndef NDEBUG
 301         for (MachineBasicBlock::iterator TI = next(I); TI != opBlock.end();
 302              ++TI) {
 303           assert(!InstructionUsesRegister(TI, SrcReg) &&
 304                  "Terminator instructions cannot use virtual registers unless"
 305                  "they are the first terminator in a block!");
 306         }
 307 #endif
 308       }
 309
 310       MachineBasicBlock::iterator KillInst;
 311       if (!FirstTerminatorUsesValue)
 312         KillInst = prior(I);
 313       else
 314         KillInst = I;
 315
 316       // Finally, mark it killed.
 317       LV->addVirtualRegisterKilled(SrcReg, KillInst);
 318
 319       // This vreg no longer lives all of the way through opBlock.
 320       unsigned opBlockNum = opBlock.getNumber();
 321       if (opBlockNum < InRegVI.AliveBlocks.size())
 322         InRegVI.AliveBlocks[opBlockNum] = false;
 323     }
 324   }
 325
 326   // Really delete the PHI instruction now!
 327   delete MPhi;
 328   ++NumAtomic;
 329 }
 330
 331 /// analyzePHINodes - Gather information about the PHI nodes in here. In
 332 /// particular, we want to map the number of uses of a virtual register which is
 333 /// used in a PHI node. We map that to the BB the vreg is coming from. This is
 334 /// used later to determine when the vreg is killed in the BB.
 335 ///
 336 void PNE::analyzePHINodes(const MachineFunction& Fn) {
 337   for (MachineFunction::const_iterator I = Fn.begin(), E = Fn.end();
 338        I != E; ++I)
 339     for (MachineBasicBlock::const_iterator BBI = I->begin(), BBE = I->end();
 340          BBI != BBE && BBI->getOpcode() == TargetInstrInfo::PHI; ++BBI)
 341       for (unsigned i = 1, e = BBI->getNumOperands(); i != e; i += 2)
 342         ++VRegPHIUseCount[BBVRegPair(
 343                             BBI->getOperand(i + 1).getMachineBasicBlock(),
 344                             BBI->getOperand(i).getReg())];
 345 }